高考物理二轮精准备考复习专题第12讲 直流和交流电路问题原卷版.docx

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高考物理二轮精准备考复习专题第12讲直流和交流电路问题原卷版

2020年高考物理二轮精准备考复习讲义

第四部分电磁感应与电路

第12讲直流和交流电路问题

一、理清单，记住干

1．闭合电路欧姆定律

（1）闭合电路的欧姆定律：

I＝

.

（2）路端电压与电流的关系：

U＝E－Ir.

（3）路端电压与负载的关系：

U＝IR＝

E＝

E，路端电压随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小．

2．直流电路动态分析方法

（1）程序法：

基本思路是“部分→整体→部分”。

即从阻值的变化入手，由串、并联规律判定R总的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判断各部分的变化情况。

（2）结论法——“串反并同”

“串反”：

指某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小（增大）。

“并同”：

指某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大（减小）。

（3）极限分析法：

因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片滑到两端、中间等特殊位置，对特殊位置进行分析讨论，从而得到所研究物理量的变化规律。

3.正弦式交变电流的“四值”

（1）最大值：

Em＝NBSω.

（2）瞬时值：

e＝NBSωsinωt（从中性面开始计时）．

（3）有效值：

正弦式交变电流的有效值E＝

；非正弦式交变电流的有效值必须根据电流的热效应，用等效的思想来求解．

（4）平均值：

＝n

，常用来计算通过电路的电荷量．

3．理想变压器的基本关系式

（1）功率关系：

P入＝P出．

（2）电压关系：

＝

.

（3）电流关系：

只有一个副线圈时，

＝

.

（4）频率关系：

f1＝f2.

4．变压器和远距离输电的分析技巧

（1）变压器的副线圈的电流和功率决定原线圈的电流和功率。

（2）远距离输电问题分析的关键是求中间回路的电流强度的大小。

二、研高考，探考情

【2019·江苏高考】如图所示的电路中，电阻R＝2Ω。

断开S后，电压表的读数为3V；闭合S后，电压表的读数为2V，则电源的内阻r为（　　）

A．1ΩB．2ΩC．3ΩD．4Ω

【2019·江苏高考】某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20V时，输出电压（　　）

A．降低2VB．增加2VC．降低200VD．增加200V

【2019·天津高考】（多选）单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.

时刻线框平面与中性面垂直B．线框的感应电动势有效值为

C．线框转一周外力所做的功为

D．从t＝0到t＝

过程中线框的平均感应电动势为

【2018·全国卷Ⅲ】一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。

该电阻上电压的峰值为u0，周期为T，如图所示。

则Q方∶Q正等于（　　）

A．1∶

B.

∶1C．1∶2D．2∶1

【2018·天津高考】教学用发电机能够产生正弦式交变电流。

利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。

若发电机线圈的转速变为原来的

，则（　　）

A．R消耗的功率变为

PB．电压表V的读数为

U

C．电流表A的读数变为2ID．通过R的交变电流频率不变

三、考情揭秘

近几年高考试题主要考查了交变电流的产生及“四值”，变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，变压器的动态分析，题型以选择题为主．直接考查闭合电路欧姆定律的题目较少

应考策略：

2020年高考题会以部分电路欧姆定律与闭合电路欧姆定律的应用为主线，重点考查电路的动态分析与功率的计算；与日常生活、生产相联系的交变电流规律、远距离输电也可能会成为新命题点．

四、定考点，定题型

超重点突破1直流电路的动态分析

直流电路动态分析的3种常用方法

（1）程序法

遵循“局部—整体—部分”的思路，按以下步骤分析：

（2）结论法——“串反并同”

①“串反”：

指某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小（增大）．

②“并同”：

指某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大（减小）．

（3）极限法

因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论．

【例1】（2019·四川泸州泸县一中三诊）如图所示电路中的电源为恒流源或恒压源（不管外电路的电阻如何变化，它都能够提供持续的定值电流或定值电压）。

当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，电压表的示数变化量的绝对值为ΔU，电流表的示数变化量的绝对值为ΔI，则下列说法正确的是（　　）

A．若电源为恒压源时，V示数增大，A示数减小

B．若电源为恒压源时，V示数不变，A示数增大

C．若电源为恒流源时，V示数增大，A示数减小，

＝R1

D．若电源为恒流源时，V示数增大，A示数增大，

＝R2

【针对训练1】（2019·陕西八校高三4月联考）如图所示，电源电动势为E，内阻为r，电路中的R1为光敏电阻（其阻值随光照强度增大而减小），R2为定值电阻，电压表与电流表均为理想电表。

当开关S闭合时，下列说法正确的是（　　）

A．增大光照强度，电流表示数变小B．增大光照强度，电压表示数变小

C．减小光照强度，R2消耗的功率变大D．减小光照强度，电源的总功率变大

超重点突破2变电流的产生和描述

1．线圈通过中性面时的特点

（1）穿过线圈的磁通量最大.

（2）线圈中的感应电动势为零．

（3）线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次．

2．有效值计算的三点注意

（1）计算有效值时，要根据串联电路中“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解．

（2）分段计算电热，求和得出一个周期内产生的总热量．

（3）利用两个公式Q＝I2Rt和Q＝

t可分别求得电流有效值和电压有效值．

3．交变电流“四值”的应用

（1）最大值：

Em＝nBSω，分析电容器的耐压值．

（2）瞬时值：

E＝Emsinωt（由中性面开始计时），计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况．

（3）有效值：

电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流.

（4）平均值：

＝n

，计算通过电路截面的电荷量．

【例2】（2019·山东滨州二模）如图所示为线圈匝数为n的小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动。

矩形线圈电阻为r，矩形线圈通过两刷环接电阻R，伏特表接在R两端。

当线圈以角速度ω匀速转动时，下列说法正确的是（　　）

A．从线圈与磁场平行位置开始计时，瞬时电动势为e＝nBSωsinωt

B．当线圈平面转到与磁场垂直时，电压表示数为零

C．线圈从与磁场平行位置开始转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量为

D．线圈转一周的过程中回路产生的焦耳热为

【针对训练2】（2019·北京雄安新区高三模拟）图甲为风力发电的简易模型．在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连．在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则（　　）

A．磁铁的转速为10r/s

B．线圈两端电压的有效值为6V

C．交变电流的电压表达式为u＝12sin5πtV

D．该交变电流可以直接加在击穿电压为9V的电容器上

超重点突破3变压器与远距离输电

1.变压器动态变化分析方法

（1）变压器动态分析常见的两种情况

①负载不变，匝数比变化；

②匝数比不变，负载变化。

（2）处理此类问题应注意三点

①根据题意分清变量和不变量；

②要弄清“谁决定谁”的制约关系——电压是输入决定输出，电流和功率是输出决定输入；

③动态分析顺序：

a．由U1和

决定U2；

b．由负载电阻R和U2决定I2；

c．由P2＝U2I2确定P1；

d．由P1＝U1I1确定I1。

2．解决远距离输电问题的一般思路

（1）电路分析：

远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成。

（2）电压关系：

升压变压器输入电压U1是不变的，根据

＝

可以确定升压变压器的输出电压U2，输电线上有一定的电压损失，ΔU＝I2R。

降压变压器输入端电压U3＝U2－ΔU，降压变压器输出电压U4由

＝

确定。

（3）功率关系：

升压变压器输入功率为P1，输电线上损失功率为ΔP＝I

R，降压变压器输出功率为P4，则P1＝P4＋ΔP＝P4＋I

R。

（4）电流关系：

用户电路的电流由I4＝

确定，降压变压器的电流由

＝

确定，升压变压器的输出电流I2＝I3，升压变压器的输入电流由

＝

确定。

【例3】（2019·山东省“评价大联考”三模）如图，理想变压器T的原线圈接在电压为U的交流电源两端，P为滑动变阻器的滑片，RT为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，则（　　）

A．P向左滑动时，变压器的输出电压变大B．P向左滑动时，变压器的输入功率变大

C．RT温度升高时，灯L变亮D．RT温度升高时，适当向右滑动P可保持灯L亮度不变

【针对训练3】（2019·福建漳州高三毕业班第一次检测）如图，理想变压器原线圈接在电压不变的交流电源上．灯泡L1和L2阻值不变，R是定值电阻．同时闭合开关S1、S2，两灯泡均能正常发光．现断开S2，假设两灯泡均不会被烧坏，则（　　）

A．灯泡L1变暗B．电阻R的电功率变大

C．变压器原线圈电流变小D．变压器副线圈两端电压变小

【例4】（2019·湖南衡阳三模）（多选）如图所示为某小型水电站的电能输送示意图，输电线总电阻为r，升压变压器、降压变压器均为理想变压器。

假设发电机的输出电压不变。

则下列说法正确的是（　　）

A．若使用的电灯减少，则发电机的输出功率不变

B．若使用的电灯减少，则发电机的输出功率将减小

C．若使用的电灯增多，则降压变压器的输出电压不变

D．若使用的电灯增多，则降压变压器的输出电压减小

【针对训练4】（多选）如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变．现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光．则下列说法正确的是（　　）

A．仅闭合开关S，灯L1会变亮B．仅闭合开关S，r消耗的功率会变大

C．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小D．仅将滑片P上移，电流表示数会变小

超重点突破4交变电流的综合问题

交变电流综合问题一般会与变压器问题相结合，常涉及交变电流最大值、有效值、平均值、瞬时值的计算，交变电流的图象及与电磁感应、安培力、闭合电路欧姆定律的综合应用等．解答时应注意以下两点：

（1）分清交流电路中“四值”的不同计算方法及瞬时值表达式的书写和图象的物理意义．

（2）学会将直流电路、闭合电路欧姆定律及变压器分析的知识应用在交流电路中

【例5】（多选）如图所示为某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成．发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为N，电阻不计，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动．矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻．以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是（　　）

A．若发电机线圈某时刻运动到图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值为零

B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωsin（ωt＋

）

C．当用户增加时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动

D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高

【针对训练5】（2019·湖南怀化高三二模）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝

T．单匝矩形线圈面积S＝1m2.电阻不计，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．线圈通过电刷与一理想变压器原线圈相接，

为交流电流表．调整副线圈的滑动触头P，当变压器原、副线圈匝数比为2∶1时，副线圈电路中标有“6V　6W”的灯泡正常发光．以下判断正确的是（　　）

A．电流表的示数为1A

B．矩形线圈产生电动势的最大值为18V

C．从矩形线圈转到中性面开始计时，矩形线圈电动势随时间变化的规律为e＝12

sin60πt（V）

D．若矩形线圈转速增大，为使灯泡仍能正常发光，应将P适当下移

五、固成果，提能力

1.（2019·四川自贡高三一诊）（多选）如图所示的电路中，R1、R2为定值电阻，R3为可变电阻，C为电容器，电源电动势为E，内阻为r，电压表与电流表均为理想电表。

在可变电阻R3的滑片由a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．电流表的示数减小B．电压表的示数减小

C．电容器的电荷量逐渐减少D．电源的输出功率一定增大

2.（2019·广东省“六校”高三第三次联考）钳形电流表由电流互感器和电流表组合而成，常用来测量电流强度很大的电流，其原理如图。

若初级线圈与次级线圈的匝数比为1∶500，电流表A的示数为1A，则（　　）

A．钳形电流表的钳口是电流互感器的铁芯B．钳形电流表能够用来测量直流电的电流

C．被测电路电流的平均值为500AD．被测电路电流的最大值为500A

3.（2019·山西省三模）现代社会是数字化社会，需要把模拟信号转换为数字信号。

如甲图中的正弦交流电通过乙图数字触发器后会输出丙图的数字信号，丙图中数字信号对应两种电压状态0V和2V，触发器的转换规则是：

交流电压数值小于

时输出为0V，交流电压数值大于等于

时输出为2V。

丙图中电压的有效值约为（　　）

A．2.0VB．1.6V

C．1.4VD．1.3V

4.（2019·江苏七市二模）（多选）检测煤气管道是否漏气通常使用气敏电阻传感器。

某气敏电阻的阻值随空气中煤气浓度增大而减小，某同学用该气敏电阻R1设计了图示电路，R为变阻器，a、b间接报警装置。

当a、b间电压高于某临界值时，装置将发出警报。

则（　　）

A．煤气浓度越高，a、b间电压越高

B．煤气浓度越高，流过R1的电流越小

C．煤气浓度越低，电源的功率越大

D．调整变阻器R的阻值会影响报警装置的灵敏度

5．（2019·四川资阳二诊）如图所示，电源电动势E＝1.5V，内电阻r＝0.5Ω，滑动变阻器R1的最大电阻Rm＝5.0Ω，定值电阻R2＝2.0Ω，C为平行板电容器，其电容为3μF。

将开关S与a接触，则（　　）

A．当R1的阻值增大时，R2两端的电压减小

B．当R1接入电路阻值为0.5Ω时，R1消耗的功率最大

C．将开关从a接向b，流过R3的电流流向为d→c

D．将开关从a接向b，待电路稳定，流过R3的电荷量为9×10－3C

6.（2019·湖北省八校高三第二次联考）（多选）如图所示，10匝矩形线框处在磁感应强度B＝

T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度ω＝10rad/s在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积为0.4m2，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L（规格为“4W　100Ω”）和滑动变阻器，电流表视为理想电表，则下列说法正确的是（　　）

A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为40

cos（10t）V

B．当灯泡正常发光时，原、副线圈的匝数比为1∶2

C．若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大

D．若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变暗

7.（2019·河北衡水中学高考模拟十二）如图所示电路中，电源内阻忽略不计，R0为定值电阻，Rm为滑动变阻器R的最大阻值，且有R0>Rm；开关S1闭合后，理想电流表A的示数为I，理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2，其变化量的绝对值分别为ΔI、ΔU1、ΔU2，则下列说法正确的是（　　）

A．断开开关S2，将R的滑动触片向右移动，则电流表A示数变小、电压表V2示数变小

B．保持R的滑动触片不动，闭合开关S2，则电流表A示数变大、电压表V1示数变小

C．断开开关S2，将R的滑动触片向右移动，则滑动变阻器消耗的电功率减小

D．断开开关S2，将R的滑动触片向右移动，则有

＝

8.（2019·广东汕头高三一模）如图所示为远距离输电的原理图。

发电厂输出的电压恒定，升压、降压变压器均为理想变压器。

由于用户负载的变化会造成其得到的电压变化，供电部门要实时监控，监控电表为理想电表。

若某次监测发现V2表的示数减小，则下列判断正确的是（　　）

A．电流表A1的示数增大B．电流表A2的示数减少

C．电压表V1的示数增大D．输电线损失的功率减小

9.（2019·湖北省高三4月调考）一理想变压器的初级线圈为n1＝100匝，次级线圈n2＝30匝，n3＝20匝，一个电阻为48.4Ω的小灯泡接在副线圈n2与n3上，如图所示。

当原线圈与e＝220

sinωt的交流电源连接后，变压器的输入功率是（　　）

A．10WB．20WC．250WD．500W

10.（2019·河北高三上学期省级示范高中联考）（多选）如图甲所示，标有“220V　40W”的灯泡和标有“20μF　360V”的电容器并联到交流电源上，V为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关S。

下列判断正确的是（　　）

A．交流电源的输出电压的有效值为220VB．电容器会被击穿

C．t＝

时刻，V的示数为零D．t＝

时刻，通过灯泡的电流为零